1 Trabalho Física Experimental 3

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Universidade Estácio de Sá
Prof: Rufino
Campus Norte Shopping
Trabalho Física Experimental 3
Universo Elegante
Aluno: Rodrigo Furtado Machado
Universo elegante e a Teorias das Cordas de Einstein
Nos últimos trinta anos da sua vida, Einstein buscou sem descanso a chamada teoria do campo unificado uma teoria capaz de descrever as forças da natureza por meio de um esquema único, completo e coerente. As motivações de Einstein não eram as que normalmente inspiram os empreendimentos científicos,como a busca de explicações para este ou aquele conjunto de dados experimentais.Ele acreditava apaixonadamente que o conhecimento mais profundo do universo revelaria a maior das maravilhas: a simplicidade e a potência dos princípios que o estruturam. Einstein queria iluminar os mecanismos da natureza com uma luz nunca antes alcançada, que nos permitiria contemplar, em estado de encantamento, toda a beleza e a elegância do universo. Ele nunca realizou o seu sonho, em grande parte porque as circunstâncias não o favoreciam, já que em sua época várias características essenciais da matéria e das forças da natureza eram desconhecidas ou, quando muito, mal compreendidas. Mas durante os últimos cinqüenta anos, as novas gerações de físicos entre promessas, frustrações e incursões por becos sem saída vêm aperfeiçoando progressivamente as descobertas feitas por seus predecessores e ampliando os nossos conhecimentos sobre a maneira como funciona o universo. E agora, tanto tempo depois de Einstein ter empreendido em vão a busca de uma teoria unificada, os físicos acreditam ter encontrado finalmente a forma de combinar esses avanços em um todo articulado uma teoria integrada, capaz, em princípio, de descrever todos os fenômenos físicos. Essa teoria, a teoria das supercordas, é o tema deste livro. Escrevi O universo elegante com o objetivo de tornar acessível a uma ampla faixa de leitores, especialmente aos que não conhecem física e matemática, o notável fluxo de idéias que compõe a vanguarda da física atual. 
Nas conferências que tenho feito nos últimos anos sobre a teoria das supercordas, percebi no público um vivo desejo de conhecer o que dizem as pesquisas atuais sobre as leis fundamentais do universo, de como essas leis requerem um gigantesco esforço de reestruturação dos nossos conceitos a respeito do cosmos e dos desafios que terão de ser enfrentados na busca da teoria definitiva. Espero que os dois elementos que constituem a explicação das principais conquistas da física desde Einstein e Heisenberg e o relato de como as suas descobertas vieram a florescer com vigor nos avanços radicais da nossa época venham a satisfazer e enriquecer essa curiosidade. Espero ainda que O universo elegante interesse também aqueles leitores quede fato têm conhecimentos científicos. Para os estudantes e professores de ciências, espero que o livro logre cristalizar alguns dos elementos básicos da física moderna, como a relatividade especial, a relatividade geral e a mecânica quântica, e ao mesmo tempo possa transmitir a euforia contagiante que sentem os pesquisadores ao se aproximarem da conquista tão ansiosamente aguardada da teoria unificada. Para o leitor ávido por ciência popular, tratei de explicar aspectos do extraordinário progresso que o nosso conhecimento do cosmos experimentou na última década. E para os meus colegas de outras disciplinas científicas, espero que o livro lhes dê uma indicação honesta e equilibrada de por que os estudiosos das cordas estão tão entusiasmados com os avanços alcançados na busca da teoria definitiva da natureza. A teoria das supercordas engloba uma grande área. E um tema amplo e profundo, relacionado com muitas das descobertas capitais da física. Como ela 
unifica as leis do grande e do pequeno, leis que regem a física desde as unidades mínimas da matéria até as distâncias máximas do cosmos, são múltiplas as maneiras de abordá-la. Decidi focalizá-la a partir da evolução da percepção que temos do espaço e do tempo. Creio que esse é um caminho especialmente interessante por permitir uma visão fascinante e rica das novas maneiras de pensar. Einstein mostrou ao mundo que o espaço e o tempo comportam-se de maneiras incomuns e surpreendentes. Agora, as pesquisas mais recentes conseguiram integrar as suas descobertas a um universo quântico, com numerosas dimensões ocultas, enroladas dentro do tecido cósmico dimensões cuja geometria prodigamente entrelaçada pode propiciar a chave para a compreensão de algumas das questões mais profundas que já enfrentamos. 
Embora alguns destes conceitos sejam sutis, veremos que podem ser apreendidos através de analogias comuns. Uma vez compreendidas, essas idéias proporcionam uma perspectiva deslumbrante e revolucionária do universo. Em todo o transcorrer do livro, procurei manter o padrão científico e, ao mesmo tempo, dar ao leitor freqüentemente por meio de analogias e metáforas a compreensão intuitiva de como os cientistas chegaram à concepção atual do cosmos. Embora eu tenha evitado o uso de linguagem técnica e a apresentação de equações, a natureza radicalmente nova dos conceitos aqui considerados pode forçar o leitor a fazer uma pausa em alguns pontos, a meditar aqui e ali, ou a refletir sobre as explicações dadas, de modo a acompanhar a progressão das idéias.Certas seções da parte IV (a respeito dos avanços mais recentes) são mais abstratas que as demais; tomei o cuidado de advertir o leitor sobre essas seções e de estruturar o texto de modo que elas possam ser lidas superficialmente ou mesmo saltadas sem maior impacto sobre o fluxo lógico do livro. Incluí um glossário determos científicos com o objetivo de propiciar definições simples e acessíveis para as idéias apresentadas no texto. Embora o leitor menos comprometido possa ignorar totalmente as notas finais, o mais aplicado encontrará aí observações adicionais,esclarecimentos de idéias expostas de maneira simplificada no texto, bem como incursões técnicas para os que gostam de matemática.
As cordas tem a capacidade potencial de demonstrar que todos os formidáveis acontecimentos do universo da dança frenética dos quarks à valsa elegante das estrelas binárias, da bola de fogo do big-bang ao deslizar majestoso das galáxias são reflexos de um grande princípio físico, uma equação universal. Como esses aspectos da teoria das cordas requerem uma mudança drástica nos nossos conceitos de espaço, tempo e matéria, é necessário deixar passar algum tempo para que nos acostumemos a essas transformações. Mas logo ficará claro que, vista no contexto correto, a teoria das cordas é uma conseqüência natural,ainda que extraordinária, das descobertas revolucionárias da física nos últimos cem anos. Veremos que o conflito entre a relatividade geral e a mecânica quântica na verdade não é o primeiro, mas sim o terceiro de uma série de choques cruciais ocorridos no século XX, confrontos cujos resultados provocaram revisões estonteantes na nossa visão do universo. OS TRÊS CONFLITOS O primeiro conflito, conhecido desde o fim do século passado, tem a ver com certas propriedades curiosas do movimento da luz. Em síntese, segundo as leis da mecânica de Newton, se você se deslocar com rapidez suficiente, poderá acompanhar um raio de luz, mas segundo as leis do eletromagnetismo, de James Clerk Maxwell, não. Como veremos, Einstein resolveu esse conflito com a teoria da relatividade especial e, ao fazê-lo, aniquilou a nossa concepção do espaço e do tempo. De acordo com a relatividade especial, não se pode pensar no espaço e no tempo como conceitos universais e imutáveis, experimentados de maneira idêntica por todos. Ao contrário, o espaço e o tempo aparecem nos trabalhos de Einstein como elementos maleáveis, cuja forma e aparência dependem da situação do observador. O desenvolvimento da relatividade especial armou imediatamente o cenário para o segundo conflito. Uma das conclusões do trabalho de Einstein era a de que nenhum objeto na verdade nenhum tipo de influência ou efeito pode viajar a velocidadesmaiores do que a da luz. Mas, como veremos a teoria da gravitação universal de Newton, tão bem comprovada e tão agradável à nossa intuição, envolve influências que se transmitem instantaneamente por todo o espaço. Foi Einstein, novamente, quem resolveu o conflito, graças a uma nova concepção da gravidade, apresentada em 1915 com a teoria da relatividade geral. Assim como a relatividade especial, a relatividade geral também derrubou as concepções anteriores do espaço e do tempo mostrando que eles não só são influenciados pelo movimento do observador, mas também podem empenar-se e curvar-se em reação à presença da matéria ou da energia. Essas distorções no tecido do espaço e do tempo, como veremos, transmitem a força da gravidade de um lugar a outro. O espaço e o tempo, portanto, não podem mais ser vistos como um cenário inerte no qual os acontecimentos do universo se desenrolam; ao contrário, a relatividade especial e a relatividade geral revelam que eles exercem uma influência profunda sobre os próprios acontecimentos. 
De novo o padrão se repete: a descoberta da relatividade geral, ao resolver um conflito, leva a outro. Durante as três primeiras décadas do século XX, os físicos desenvolveram a mecânica quântica (que discutiremos no capítulo 4) em resposta a uma série de problemas gritantes surgidos quando as concepções da física do século XIX foram aplicadas ao mundo microscópico. Como dito acima, o terceiro conflito, de todos o maior, deriva da incompatibilidade entre a mecânica quântica e a 
relatividade geral.
Conclusão: 
Descreve a evolução ocorrida até a Teoria Relatividade Geral de Albert Einstein, a qual revisou muitos dos conceitos físicos tidos como corretos até então, especialmente relacionados à natureza da força gravitacional. Posteriormente, o autor traça um panorama geral da mecânica quântica e seus avanços obtidos na compreensão do mundo sub-atômico, o qual divergia inteiramente em relação ao modo como se comporta o mundo macroscópico, este que vivenciamos através de nossas experiências.
Desta forma, Greene estabelece um contexto histórico para a teoria das cordas, como uma teoria capaz de integrar o probabilístico mundo da física de partículas, ou física quântica, e a física das grandes dimensões espaciais, alcançada por Einstein. Discute-se assim o problema essencial enfrentado pela física contemporânea: a unificação da Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein e a mecânica quântica.
Greene abusa de analogias e experimentos imaginários para tornar as explicações compreensíveis aos leigos. E explora o potencial que a teoria das cordas tem de estabelecer os fundamentos para a teoria do campo unificado, o “santo graal” da física moderna. Sugere assim que a teoria das cordas é a solução para essas duas explicações conflitantes.